Et PROCEDES DE FABRICATION

Le procédé décrit s'applique à la réalisation du renforcement d'ouvrages en béton que ceux-ci soient préfabriqués, ou plus généralement remplis sur site de construction.

Le béton est un excellent matériau qui accepte des contraintes de compression élevées. Par contre le béton se caractérise par des contraintes admissibles de traction très faibles (10% des contraintes admissibles en compression). C'est la raison pour laquelle un ouvrage en béton est toujours armé au moins en zone tendue afin de pallier les reprises des contraintes de traction du béton de faible valeur. Il est cependant difficile, dans des ouvrages verticaux particulièrement, de déterminer où se situera la zone tendue. Celle-ci dépend de la position des charges par rapport à la fibre neutre appliquées dans un cadre statique mais aussi dynamique (en cas de charges accidentelles, séisme par exemple). Ainsi, dans la majorité des cas et particulièrement pour les bâtiments réalisés en zone sismique, les ouvrages sont prévus avec un ferraillage extérieur et intérieur.

Dans le cas des poteaux ou des poutres particulièrement, lorsque l'ouvrage est soumis à une compression importante, par application du coefficient de POISSON, le béton se ruine sous l'effet de dépassement de la contrainte transversale. Pour pallier ce phénomène on dispose des cadres qui ceinturent les armatures principales et évitent la poussée au vide des aciers principaux. Ces dispositifs (cadres) frettent la structure d'aciers principaux et confinent le béton situé à l'intérieur de ces « cadres frettes ». Dans le cas de réalisation de voiles ou d'ouvrages de grande dimension par rapport à l'épaisseur, traditionnellement les armatures du béton sont sous forme de cage constituée par deux treillis soudés maintenus à distance par des écarteurs. Ces derniers sont soit de section triangulaire soit à profil ondulé. Les treillis sont rapportés sur les écarteurs et fixés à ces derniers par ligatures ou soudage. Dans ces conditions on comprend aisément que les contraintes transversales admissibles de l'ouvrage sont proportionnelles à la section et à la nature des liaisons treillis avec les écarteurs. Or, les dites liaisons (soudées par points ou ligaturées) sont de faibles valeurs (1 à 2mm ² ) et ne permettent pas de reprendre les contraintes transversales en cas de charges importantes. C'est pourquoi, traditionnellement l'homme de l'art ajoute, en complément, des épingles dont le profil est généralement perpendiculaire aux plans des treillis, et qui relient les treillis intrados et extrados. Cette disposition est longue, consomme de l'acier afin d'assurer l'accrochage des épingles sans glissement dans le béton (en général 25 à 50 fois le diamètre des épingles), et par voies de conséquences est onéreux et non économe pour les ressources de la planète.

Le procédé ci-dessous revendiqué permet de pallier ces inconvénients. Un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :

Les figures la, lb, le sont des représentations schématiques d'échelles de section triangulaire

Les figures 2a à 2d sont des représentations schématiques de cages simplifiées à structure tridimensionnelle privilégiée dans une direction principale :

• Les figures 2a, 2b, représentent respectivement une vue en perspective de l'ossature et une coupe d'une cage à armatures alternées ;

• Les figures 2c & 2d représentent respectivement une vue en perspective de l'ossature et une coupe d'une cage à armatures asymétriques ; Les figures 3a & 3b représentent schématiquement une cage à structure tridimensionnelle dans 2 directions sensiblement orthogonales. La figure 3a est une vue en perspective alors que la figure 3b est une vue en coupe de ladite structure ; Les figures 4a et 4b représentent schématiquement, respectivement en perspective et en coupe, une application particulière pour cette invention destinée plus particulièrement aux ouvrages en pente ou horizontaux ;

Les figures 5a à 5d schématisent le principe d'enroulement des frettes sur des organes de sections différentes respectivement plane, triangulaire, rectangulaire & polygonale ;

Les figures 6a à 6h représentent des vues en perspective d'un exemple d'une unité de fabrication d'échelles selon l'invention ;

Les figures 7a à 7g représentent sur plusieurs vues un exemple de banc d'assemblage destiné à la réalisation de cages d'armatures selon l'invention. Dans ce qui suit, par simplification, la description est faite à partir d'une section d'échelle triangulaire. L'homme de l'art comprendra très bien que cette description s'applique à toutes sections telles que décrit dans la planche 5.

La figure 1, représente un exemple élémentaire de sous ensemble échelle {1}. Ce sous ensemble {1} est composé d'aciers filants Haute Adhérence 2a, 2b, 2c. Ces filants sont disposés aux sommets d'un triangle isocèle. La hauteur du dit triangle est fonction de l'épaisseur des enrobages réglementaires appliqués à l'ouvrage en béton à réaliser. Autour de ces filants est enroulé un ressort, dénommé frette 3, suivant un pas généralement constant déterminé (par exemple 20 cm). Cette frette 3 continue peut être, de pas à droite comme représentée sur la figure la, à gauche (non représenté), ou les deux (cad croisée), comme représentée sur la figure lb. Comme représenté sur le détail le de la Planche 1, afin d'optimiser la contrainte de traction dans le matériau constituant la frette 3, dans la présente invention cette dernière est constituée par des spires 3a, 3b, 3c au droit de chaque filant Haute adhérence (HA) 2a, 2b, 2c lesquelles spires sont reliées par des droites 3d, 3e, 3f.

Cette disposition présente 2 avantages principaux :

• Elle ne nécessite qu'un ancrage aux extrémités et non à chaque cadre.

Ce qui optimise la quantité d'acier ;

• Inclinée dans son profil droit, elle couture bien mieux la fissuration potentielle du béton aux états ultimes ;

• Lassée la frette 3, reprend les contraintes transversales sur la section totale de l'acier qui la constitue.

· Le profil de la frette 3 relie les barres longitudinales suivant des droites

3d, 3e & 3f. Cette disposition implique un travail de l'acier en traction pure et ne provoque pas de contraintes parasites dans le béton qui seraient induites par une déformation vers un profil géodésique de la frette 3. Dans l'exemple sur les figures 2a & 2b, est représentée une cage d'armatures selon le procédé. La dite cage est constituée par une juxtaposition d'échelles {1} en disposition alternée. Les dites échelles {1} sont reliées en partie interne de la cage, c'est-à-dire à l'intérieur du triangle dont les sommets sont définis par les filants 2a, 2b et 2c des échelles {1}, par des aciers généralement en haute adhérence (HA) 4 sensiblement orthogonaux aux HA 2a, 2b & 2c des échelles. Préférentiellement, ces HA 4 sont disposés dans les boucles des frettes 3. De façon à maintenir leur position avant mise en œuvre du remplissage généralement en béton, les HA 4 sont fixés sur les échelles principales par ligatures, soudage par points ou autre dispositif (par exemple collage) qui assure une fixation suffisante pour un transport, une mise en œuvre et un remplissage sans déformation hors tolérances. Sur les figures 2a en perspective et 2b en coupe, ces échelles {1} sont disposées alternativement de façon à présenter sensiblement la même répartition d'acier en parties extérieure et intérieure.

Sur les figures 2c en perspective êt 2d en coupe les échelles {1} sont disposées dans le même sens, c'est-à-dire que la base des triangles est dans un même plan et plus généralement dans le cas d'ouvrages courbes ou à double courbure du même côté de la surface intérieure ou extérieure pour augmenter le taux d'acier du côté de la surface devant présenter la résistance à la traction ou flexion composée la plus élevée. Dans l'exemple en figure 3 on représente une disposition pertinente pour une réalisation de cage tridimensionnelle dans deux directions sensiblement orthogonales. Comme décrit précédemment les échelles principales {1} peuvent avoir leurs bases du même côté ou inversées. Les dites échelles principales sont traversées par des échelles secondaires {5} dont la hauteur est moindre que celle des échelles principales {1}. De façon à maintenir leur position avant mise en oeuvre du remplissage généralement en béton, les échelles secondaires {5} sont fixées sur les échelles principales {1} par ligatures, soudage par points ou autre dispositif qui assure une fixation suffisante pour un transport, une mise en œuvre et un remplissage sans déformation hors tolérances. Dans l'exemple représenté sur les figures 4 (vue 4a en perspective et 4d en coupe), une application particulière de cette technologie est dessinée. Dans cette application la rigidité élevée de la disposition décrite sur la figure 3 permet d'augmenter considérablement l'espacement entre les échelles principales {1} ainsi que celui entre les échelles secondaires {5}. Cet espacement peut être porté par exemple à 60cm avec des aciers HA 2a, 2b, 2c convenablement dimensionnés (HA12 pour la zone tendue par exemple). Avantageusement pour limiter la quantité de béton en zone tendue, les échelles principales {1} & secondaires {5} seront disposées bases en partie supérieure. Les aciers HA 2a des sommets inférieurs seront dimensionnés de façon à reprendre les contraintes de traction de l'ouvrage à réaliser.

Dans le cas d'un plancher, le vide parallélépipédique entre les échelles principales et secondaires peut être coffré par exemple par des hourdis 6 préférentiellement en composite mais également en toute autre matière. Avantageusement, la forme supérieure 7 des dits hourdis sera en forme de voûte afin de maintenir le béton 8 de la dalle de compression totalement comprimé. Par cette disposition avantageuse, on réduit au minimum l'utilisation du béton en zone tendue.

Dans le cas d'une toiture, ce vide peut également être occulté par des panneaux de grandes dimensions comme des panneaux photovoltaïques ou des panneaux solaires.

Dans tous les cas, l'économie réalisée en matière (béton) sur un plancher est importante (40 % par exemple). Elle se traduit par une économie financière en matière mais également de mise en œuvre. S'il s'agit d'un immeuble, cette économie qui est reproduite sur tous les étages de l'ouvrage, engendre une économie de poids propre. Cette dernière conduit à une économie substantielle au niveau des fondations.

En planche 5, différentes sections sont schématisées. Une section plane en figure 5a, une section triangulaire en figure 5b, une section rectangulaire en figure 5c, une section polygonale en figure 5d. Sur ces représentations schématiques les filants 2(i) placés aux sommets de la section ont des diamètres égaux ou différents selon les contraintes auxquelles ils seront soumis. Dans les figures 5a à 5d un cercle circonscrit est défini. Ce cercle tangent par l'extérieur aux diamètres des filants a un centre qui va constituer l'axe de rotation utilisé pour la réalisation des échelles et décrit ci après et schématisé en planche 6. En planche 6, le cahier des charges pour la fabrication des échelles est illustré. Ces prescriptions permettent de réaliser les échelles {1} décrites ci-dessus par une machine qui respecte les dispositions suivantes : Les filants généralement en acier HA (2a, 2b & 2c, ou 2i) peuvent être disposés de différentes façons. Suivant une section plane comme représentée sur la figure 5a ou triangulaire comme par simplification généralement décrite et dessinée dans la présente demande et représentée en figure 5b, mais aussi suivant une section rectangulaire comme représentée sur la figure 5c ou une section octogonale comme représentée sur la figure 5d. Ces différentes sections sont simultanément mises :

• en rotation suivant un axe coïncident avec le centre du cercle circonscrit tangent aux faces cylindriques externes des dits filants 2(i),

• en translation suivant une direction sensiblement orthogonale à la section. La translation et la rotation sont liées de telle façon qu'à une rotation de 360° corresponde un pas de la frette 3 désirée.

Un fil continu 3 est disposé sur le bâti de la machine avec les contraintes suivantes :

• L'axe de ce fil 3 est confondu sensiblement avec la tangente au cercle circonscrit de l'échelle {1} à réaliser,

· Le fil 3 est maintenu en traction afin de réaliser une contrainte destinée à redresser le dit fil 3. Comme il sera décrit sur la figure 6a, cette disposition est assurée par un redresseur à galet 9f. La force de serrage de ce redresseur 9f sera ajustée de façon à juste réaliser cette condition,

• Le fil 3 est fixé généralement à chaque croisement avec les filants. Cette fixation peut être réalisée par soudure ou par ligature ou toute autre méthode et au moins plus d'une fois par pas.

Les figures 6a, 6b, 6c sont des vues en perspectives et la figure 6d est une vue de détail. Ces vues schématisent un exemple de machine automatique permettant de réaliser les sous-ensembles échelles {1} & {5} selon le cahier des charges ci-dessus. Sur les figures 6a, 6b & 6c on distingue en perspectives, successivement aérienne, de côté amont et côté aval, l'ensemble de la machine destinée à la fabrication des « C.A.T » qui, pour la bonne compréhension, est décrit pour exemple ci-après.

L'ensemble châssis {9}, fixé au sol, est composé successivement des pièces suivantes : des joues 9a et 9b dont les faces principales sont verticales et maintenues parallèlement à distance par des entretoises 9c & 9'c dont le contreventement n'est pas représenté. La distance entre les faces des joues 9a & 9b sera déterminée afin de permettre la réalisation de la plus longue des échelles (par exemple 8m).

Sur les entretoises 9c & 9'c, sont fixés par tous moyens des pièces supports 9d & 9'd. Le moyen de fixation choisi autorisera un blocage des pièces 9d après réglage horizontal de la cote « Ll » qui définit la longueur de l'échelle {1} à fabriquer. Dans les alésages des pièces supports 9d, sont positionnées des tiges crémaillères 9e. Les dites crémaillères 9 sont sensiblement orthogonales à l'axe principal du châssis {9}. Afin que l'axe amont de la frette 3 soit sensiblement coïncident avec la tangente de la spline, l'angle formé par le plan des axes des crémaillères 9e avec la face des joues des châssis 9a ou 9b est réglable. Sur la pièce support supérieure 9'd, est positionné un frein redresseur de fil 9f. Le dit redresseur 9f est muni d'un dispositif qui autorise aisément un réglage en hauteur (par exemple pignons liés en rotation et agissant sur les crémaillères 9e). On comprend aisément que, pour réaliser un enroulement croisé, des dispositifs 9'd, 9' e & 9'f sont disposés symétriquement par rapport à l'axe principal de la machine. Pour des raisons d'allégement et de bonne compréhension, ces éléments symétriques n'ont pas été représentés sur les dessins des planches 6.

Les joues 9a & 9b du châssis sont munies de paliers 10 dont les axes, sont situés préférentiellement sur un même cercle et équidistants (par exemple 60° comme représenté sur la figure 5b). Dans ces axes 10 sont disposés, préférentiellement alternativement, une vis mère 11 et un axe d'entraînement en rotation 12. Les dites pièces 11 & 12 étant en nombre au moins égal à trois chacune. Les vis mères 11 ont un pas fixe (par exemple 5mm). Chaque vis mère 11 est munie d'un écrou 18 mobile en translation. Le dit écrou 18, préférentiellement à billes, est solidaire d'un disque 22 dont la translation est assurée par la liaison vis mère 11 avec le dit écrou à billes 18. Chaque axe de rotation 12 entraîne en rotation un pignon fixe 13 et un pignon mobile 14. Le pignon fixe 13 entraîne en rotation une couronne 16 dans un plan fixe par rapport au bâti {9}. Le pignon mobile 14, de même module et nombre de dents que le pignon 13, est solidaire en translation du disque de translation 22. Le dit pignon mobile 14 entraîne en rotation une couronne mobile 19. Les rotations des pièces 11 sont identiques et confirmées par tous moyens non représentés (courroies crantées par exemple). Il en est de même pour les axes de rotations 12. Les rotations des pièces 11 & 12 sont différentes et réglables par un réducteur situé entre le moteur 15 et les pignons d'entraînement des vis mères 11 et axes de rotations 12. Comme décrit précédemment et représenté sur la figure 6c, complété par le détail 6d, les pignons fixes 13 entraînent en rotation un disque amont 16 situé dans un plan parallèle à la joue 9b et à distance fixe. Sur le dit disque 16 est fixé, en rotation et à distance réglable avec ce dernier, un guide 17 coaxial avec le disque 16. Le disque amont 16 est muni de passages pour les aciers amont {20}. Avantageusement le disque 16 sera muni des trous permettant la réalisation de toute une gamme d'échelles ou poutres selon le procédé. Préférentiellement, ces passages seront réalisés sur un disque secondaire 16' (non représenté par clarté) qui est centré et rapporté sur le disque 16.

En partie aval un disque de translation 22 sur lequel sont fixés des écrous 18 (non représentés) préférentiellement à billes. Les dits écrous 18 sont coaxiaux avec les vis mères 11. Le disque 22 entraîne en déplacement horizontal les pignons mobiles 14 situés sur les axes 12. Coaxial avec le disque de déplacement 22 et la couronne amont 16, un disque d'entraînement en rotation 19 est disposé. Le dit disque 19 est libre en rotation par rapport au disque de translation 22 mais fixé en translation par rapport à celui-ci.

La couronne de rotation 19 est munie des mêmes passages de barres que ceux du disque amont 16. Lors du montage, les passages dans les disques 16 et 19 seront coaxiaux. Cette propriété sera vérifiée par exemple grâce à l'alignement de deux repères situés sur les dits disques 16 et 19. Les disques 16 & 19 sont crantés et entraînés dans la même rotation par respectivement les pignons fixes 13 & mobiles 14. Le disque 19 est par ailleurs muni de pièces de blocage (non représentées) qui assurent le blocage des aciers {20} dans leur logement. Ces pièces de blocage seront par exemple des pinces américaines à ressort.

Sur les planches 6 suite 2 & suite 3, le fonctionnement de la machine « CAT » peut être schématisé comme représenté dans les figures 6 e à 6h et décrit dans le principe ci-dessous : Phase 0 (début de phase) - voir figure 6 e :

Le disque mobile en translation 22 est à proximité (par exemple 50 mm) du guide aval

17. Les pièces d'accrochage des barres HA sont ouvertes dans un premier temps puis refermées dans un second temps. Ce phasage permet de solidariser les barres amont {20}, qui constitueront les filants 2a, 2b & 2c de l'échelle, avec la couronne de rotation mobile 19 elle-même solidaire en translation du disque 22. Par cette disposition, à chaque tour de l'échelle le frein redresseur 9f enroule le fil frette 3 suivant la spline définie précédemment.

Phase 1 (fin de phase) & Phase 2 (découpe de l'échelle 1)- voir figures 6f & 6g :

Le disque mobile en translation 22 touche la butée réglable 21 située sur la joue aval du châssis. Ce contact a pour effets chronologiquement de :

1. Stopper le moteur et donc tous mouvements des pièces, 2. Libérer les fixations des filants sur le disque de rotation mobile 18 par action sur les attaches

3. Mettre en route le dispositif de coupe situé dans le plan 21 disposé à proximité ou dans le guide 17. Phase 3 (fin de cycle) -figure 5 h : Après découpe de l'échelle {1} dans sa partie aval, les organes de serrage situés sur le disque de rotation mobile 18 étant libérés, il est possible d'évacuer l'échelle réalisée.

Après cette évacuation, l'opérateur met la commande du moteur en position inverse de manière à ramener l'ensemble des disques mobiles 19 & 22 en position de la phase 0 décrite plus haut. Il est à noter que la position est préférentiellement indexée par une butée.

Les planches 7 schématisent sur différentes vues un exemple de banc de fabrication qui permet de réaliser les cages d'armatures tissées. Le dit banc pouvant être manuel ou automatisé. La figure 7a montre en perspective un banc d'assemblage nu. Dans cette figure le banc total se compose de 3 sous-ensembles :

A- Une table aval {21} destinée à la finition du produit. Cette table se compose dans la représentation donnée à titre d'exemple de :

Un plan 24 sensiblement horizontal. Ce plan est : · d'une longueur L qui correspond à la plus grande des longueurs des panneaux finaux,

• d'une largeur I qui correspond à la plus grande des hauteurs des panneaux finaux.

• Percé de lumières 25 dont les axes sont parallèles à la direction de travail confondu avec la hauteur des panneaux à réaliser. Sur ce plan 24 sont fixés en sous face et à chaque extrémité :

1. Des paliers 26 & 26' (non vus) coaxiaux respectivement avec un arbre 27 et 27'(non vus). Les axes des paliers 26 &26' sont parallèles entre eux et orthogonaux à la direction de travail des panneaux à réaliser.

Sur ces arbres 27 & 27' sont fixées des paliers coaxiaux avec des roues crantées 28 & 28' dont les plans médians sont :

• Distants d'une valeur sensiblement égale à celle séparant deux axes consécutifs des lumières 25 (soit par exemple 400 mm),

• Sensiblement confondus avec l'axe des rainures 25.

2. Entre chaque roue 28 et 28' est tendue une courroie crantée 29. Ladite courroie 29 est munie d'ergots équidistants d'une valeur égale au pas séparant deux échelles {1} (par exemple 400 mm).

3. Une rampe de soudage 38 dans laquelle sont positionnées les électrodes 30 & 30' qui assureront la fixation des échelles {1} principales (de grande longueur, par exemple 6 m) sur les échelles { } secondaires (de petite longueur par exemple 3 m)

4. Deux guides 31 & 3 qui assurent le guidage du produit en voie d'achèvement sensiblement parallèlement à son axe de fabrication.

B- D'une table amont {37} dont le plan médian est approximativement parallèle à celui de la table 21. Les dispositifs 24a à 29a sont préférentiellement identiques à ceux décrits dans la table 21 sans qu'il soit nécessaire de les décrire à nouveau. Cependant, signalons que les axes des rainures 25a peuvent être espacés d'une valeur différente à celle des axes des rainures 25. La table amont est en outre équipée d'un dispositif électronique ou d'une butée 34 (non représentée) qui stoppe le dispositif d'entraînement 29' lorsque l'échelle secondaire { } vient en contact avec la dite butée 34.

C- D'un système d'introduction {23} des échelles principales {1}.

Ce dispositif {23} relie les ensembles tables {21} & {22} à une distance qui permet le stockage d'échelles {1} jointives en quantité suffisante, fonction du pas et de la hauteur du plus grand panneau à réaliser. Le dit dispositif doit réduire au maximum les forces de frottement et est par exemple constitué, comme représenté sur la figure 7a, par des rouleaux sur paliers 39.

Le dit dispositif est complété par le prolongement de la butée 30 non représenté et dont la face servira de butée.

Sur les figures suivantes (7b à 7g) les différentes phases de réalisation sont schématisées.

La figure 7b représente la phase 1 qui correspond à l'introduction des échelles principales {1} dans la zone de stockage 23.

Pendant cette phase les échelles secondaires (les plus courtes) {1'}, sont disposées sur les courroies 29a soit manuellement soit automatiquement à partir d'un magasin vertical qui distribue les échelles { } une par une à chaque avancée des courroies 29a. Ces dispositifs étant connus des hommes de l'art, il n'est pas utile de les rappeler ici. Les échelles { } sont amenées en position finale lorsque la première échelle { } atteint la butée de fin de course 34. Il est à noter que, comme schématisé sur la figure 7c et détail, les dites échelles { } ont été préalablement équipées de centreurs 33 rapportés ou réalisés par cintrage des HA filants 2a,2b & 2c de façon à former une pyramide.

La figure 7c schématise la phase 2 qui correspond à l'introduction des échelles { } dans les échelles principales {1}. L'introduction des dites échelles {1'} dans les espaces des échelles principales {1} peut être par exemple exécutée par avance soit manuelle soit automatique du poussoir 35. Le réglage des butées 34 & 31 se fera de façon à ce que l'axe médian des échelles secondaires {1'} soit sensiblement coïncident avec le sommet de la frette 3 de l'échelle principale {1} (cf détail 7c).

la figure 7d schématise la phase 3 qui correspond à la fixation des barres 2a & 2b des échelles principales {1} avec les barres 2a' & 2b' des échelles secondaires {1'}. Comme représentée sur la figure 7d, cette fixation peut être par soudure par points, ligature, collage ou de tout autre nature.

La figure 7 e représente la phase 3 qui correspond à la phase indicative de début de soudage des échelles secondaires { }. Dans cette phase, comme représenté sur le détail, les électrodes 30 & 30' sont en positions relevées. La figure 7f représente la phase 4 qui correspond à la phase indicative de fixation. Dans cette représentation comme dessinée sur le détail, les électrodes 30 & 30' sont en position travail. La manœuvre des dites électrodes peut être classiquement par vérins, mécanique (excentriques équipés d'un système élastique), ou par tout autre dispositif qui permette de maintenir sous pression les parties à fixer 2a & 2b avec 2'a & 2'b et dans le cas de fixation par soudure de commander le circuit électrique.

La figure 7g schématise la phase 5 de fin de cycle. Dans l'intervalle de temps qui sépare les figures 7f et 7d, les courroies 29 avancent pas à pas en entraînant l'échelle principale suivant immédiatement celle qui vient d'être fixée. Les phases 7 d à 7 f se réalisent jusqu'à ce que le produit final atteigne la butée réglable 36 non représentée de fin de produit. La dite butée pouvant être soit magnétique, mécanique ou tout autre dispositif connu.